2013年鲁科物理选修3-5同步课件：第2章原子结构

本章优化总结章末综合检测本章优化总结专题归纳整合知识网络构建知识网络构建原子结构原子结构原子结构专题归纳整合原子跃迁的条件与规律1．原子跃迁条件：hν＝E初－E终，适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对于光子和原子作用而使原子电离和实物粒子作用而使原子激发的情况，则不受条件的限制．这是因为，原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论．基态氢原子的电离能为13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都能被基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大，至于实物粒子和原子碰撞情况，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁．2．氢原子处于激发态是不稳定的，会自发地向基态或其他较低能级跃迁，这种自发跃迁具有随机性．(1)一个氢原子会有多种可能的跃迁，如单个氢原子可以从n能级直接跃迁到基态，也可以从n能级逐渐往下跃迁，但可能的情况只有一种．(2)若一群氢原子处于激发态，则各种可能跃迁都会发生，所以一群氢原子处于n能级时可能产生的光谱线条数为C2n＝nn－12.如图2－1所示为氢原子的能级图．用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有多少种()例1图2－1A．15B．10C．4D．1【精讲精析】基态的氢原子的能级值为－13.60eV，吸收13.06eV的能量后变为－0.54eV，原子跃迁到了5能级，由于氢原子是大量的，故辐射的光子种类是nn－12＝5×5－12＝10(种)．【答案】B核外电子绕核做圆周运动的向心力，来源于库仑力(量子化的卫星运动模型)．规定无穷远处原子的能量为零，则原子各能级的能量为负值．核外电子运动的轨道与其能量相对应而E1＝－13.6eV，r1＝0.53×10－10m，En＝E1n2，rn＝n2r1，随着量子数n的增大轨道半径增大，原子能量增大．另外由经典理论ke2r2n＝mv2rn知，其动能Ekn＝12mv2＝ke22rn＝13.6eVn2即Ekn＝|E1|n2，随n的增大，电子的动能减小．其电势能Epn＝En－Ekn＝2E1n2，随n的增大，原子的电势能增大．可能轨道上的速率vn＝ke2mrn＝v1n.氢原子基态的能量为E1＝－13.6eV，电子绕核运动的半径为r1＝0.53×10－10m．求氢原子处于n＝2的激发态时：(1)原子系统具有的能量．(2)电子在轨道上运动的动能．(3)电子具有的电势能．例2【精讲精析】(1)由En＝E1n2得E2＝E122＝－3.4eV.(2)电子绕核旋转由库仑力提供向心力由牛顿第二定律得ke2r22＝mv2r2又有：r2＝22r1Ek2＝12mv2解得：Ek2＝ke28r1＝9×109×1.6×10－1928×0.53×10－10J＝3.4eV(3)由E2＝Ek2＋Ep2得Ep2＝E2－Ek2＝－3.4eV－3.4eV＝－6.8eV.【答案】(1)－3.4eV(2)3.4eV(3)－6.8eV